研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
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ISSN: 2321 - 6212
1Kannur大学化学科学学院327年- 670年,印度喀拉拉邦。
2传染病部门,国家医学中心La Raza IMSS,墨西哥城,墨西哥
收到:2013年9月19日接受:2013年9月30日
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铁氧体催化剂镍、钴和铜是由共同沉淀水热路线和浸渍与钯、铈和镧作为发起人。这些特征,发现热稳定。博特铁氧体和浸渍样本检测一氧化碳氧化活动和结果与还原性催化剂的使用程序升温还原(TPR)研究。赤铁矿的还原步骤阶段的铁氧体磁铁被发现转移到较低的温度区域和催化活性被发现在Pd浸渍增强。提高催化活性的原因解释的基础上选择性吸附,强大的协同效应和不同的金属部件之间的相对氧化还原催化剂的性质的变化。
Ferrospinels钯化,氧化还原性质,CO氧化活性
需求日益增长的催化剂材料所需的属性在环境净化领域继续促使研究人员在全球开发新的和更新的材料。尤其必要的催化剂用于汽车尾气污染控制系统保护珍贵的气氛。重要方面在于,当汽油发动机从冷状态时,排气歧管包括催化转化器会冷,因此排气中的催化反应室活动局限在“冷启动”。因此一氧化碳等有害污染物,由于其不完全燃烧,会通过排气释放到大气层之前,系统可能达到的光催化剂氧化转化率超过50%。
贵金属催化剂铂、钯、铑、黄金等支持二氧化铈或氧化铝具有良好的分散体目前正在用于排放控制三路催化剂。即使一个正确合成贵金属催化剂可以充分有限公司转换甚至在环境反应温度(1,2),他们是昂贵的,并容易烧结。这是开发和测试的重要性更便宜和有效的材料(3]。使用铁氧体尖晶石认为重要的在这样一个背景下(4- - - - - -6]。
一些贱金属氧化物的氧化能力和早些时候报告了他们的活动已经发现增强通过添加促进剂如钯浸渍(7,8]。与贵金属催化剂组成和贱金属氧化物,如Pd -(铬、铜)/ (Ce, Zr)牛/氧化铝,Pt - (MnOx CoOx) /二氧化硅)有限公司——(Pt、Pd、Rh) / Ce-Al - O(氧化铝)],Pd -(铁、锰、钴、镍、铜)牛/ NaZSM-5和Pd /氧化(Mn2O3 + SnO2)系统应用程序从而引起关注这些天9- - - - - -14]。一系列的准备工作可以被浸渍催化剂钴和镧庞然大物催化剂提高了氧化还原性质作为一个尝试在这个方向15]。
催化氧化有限公司被广泛研究作为环境“绿化”的过程。火星van Krevelen机制解释了氧化还原途径,催化剂的晶格氧消耗在氧化有限公司金属氧化物的氧化还原性质的变化当新元素整合他们讨论了文献[16]。例子Ni公司在铜/锌/铝催化剂和铜除了CeO2系统研究显示它们对氧化还原性能的影响以及催化反应速率(17,18]。钯负载在氧化还原性能的影响和催化活动各种三元成分的铜、铬和铝也最近研究[19]。
目前的工作是试图改善铁氧体的性能尖晶石催化剂的一氧化碳氧化钯等金属、修改的氧化还原性质ferrospinels有益。
纯镍铁氧体催化剂,Co和铜准备通过共同沉淀方法使用氯化铁、乙酸镍、钴醋酸和醋酸铜作为各自的金属前体和氢氧化钠为沉淀碱。计算量的氢氧化钠作为基本原料和金属前驱物的水溶液在上述摩尔比率添加从头顶慢慢彻底搅拌。在pH值11.5共同沉淀在室温下完成。沉淀后,泥浆保持10分钟自温度40°C,温度被提高到90°C,保持了40分钟的温度控制+ / - 5 o;总是与热水de-ionized保持泥浆的浓度。泥浆是过滤和温水洗去除氯和其他杂质。样本在100°C干4小时,用于粉末x射线衍射(PXRD)研究检查尖晶石的形成阶段。每个样本的一部分在300°C 4小时煅烧,已筛(75μm)。这些粉末制成颗粒通过轻微的压实和进一步粒状~ 1毫米直径在催化性能评估。
简单的铁酸盐干的一部分在100°C用于浸渍的研究。硝酸钯盐、铈和镧分别溶解在de-ionized水量计算得到明确的解决方案。初期的浸渍方法应用于包含启动子金属氧化物样品,其他地方讨论(20.]。发起人的目标浓度是0.3% w / w。在300°C样本然后煅烧6小时完成煅烧过程证实硝酸盐的去除。
准备的样本PXRD、N2吸附、程序升温解吸使用氨(NH3兼总经理)、原子吸收光谱(AAS)、热重量分析法(TG / DTA)、TPR、扫描电子显微镜(SEM)等一系列问题和TPR研究使用脉冲用化学方法吸收2705年,微粒学。NH3-TPD, 5%的氦气NH3 (Bheruka气体)是用作吸附物,至于TPR, 10% H2在氮气(Bheruka气体)用作活性气体混合物。样品的温度提高到800°C的速度10°C /分钟,监测样品出口在校准热导检测器(TCD)。氮adsorption-desorption测量是在体积的微粒学三星设备在液体N2温度、77.3 k和赌/ BJH方法被用于分别计算表面积和孔隙体积。除了对所有输入气体,气体净化站一个冷阱连接TPR运行期间去除水分反应过程中形成的。
~ 1毫米直径的颗粒被用于CO氧化试验,以避免压力建立粉末样品,保持空间的速度~ 30000。校准气体混合物的有限公司1%和6%2平衡N2气体(Bheruka气体)用作进口饲料。分析了进口和出口气体使用气相色谱仪(GC)配备火焰离子化检测器(FID)和methenator。前面描述的实验方法和描述细节(21]。动态实验,样品质量,气体流率、活性气体成分等进行了优化同意标准的标准,以避免质量传递限制和氢薄情况(22,23]。样本检测CO氧化在类似条件下的实验设置和样品制备上述解释道。
元素组成与目标样本的协议数据显示的情况下制备过程中金属离子的浸出和洗涤阶段。尖晶石的形成阶段是由x射线衍射实验证实。典型的峰值对应于311飞机Θ= 35.5代表了特征为尖晶石。XRD模式非常相似的纯和混合样品,预计这一趋势由于相似+ 2价态的金属离子存在于混合样品(21]。铁氧体的TG模式表现出良好的热稳定性的样品在空气氧化甚至高于700°C。低温重量损失高达300°C相关游离水分以及束缚水的结晶。选择表面区域的所有样品了表- - - - - -我。钴铁的表面积2O4138米2/ g和财经2O4116米2/ g。这些样品有更高的表面积值如果我们比较相似的样本准备通过硝酸路线21),匹配相对高孔隙体积和低美国价值观。从扫描电镜的平均粒径是5μm镍铁2O4、钴铁2O4和中央财经2O4;多孔和总自然是清楚的扫描电镜图片中给出图1。
图1:扫描电镜图像的纯镍铁2O4(b)钴铁2O4和(c)财经2O4铁氧体样品焙烧在300°C
表1:纯镍铁的物化性质2O4(一)钴铁2O4(b)中央财经2O4(c)和Pd / Ce / La掺杂样品。
平均孔隙直径BJH N2吸附实验中获取的值绘制图2。所有的样品有毛孔meso-porous范围,明确的步骤和IV型磁滞回线由于毛细凝聚,源自二级国米骨料颗粒之间的孔隙。这些观察结果与扫描电镜的观察分析。红外光谱显示两个吸收乐队在500和700厘米1每个国际原子振动产生的尖晶石铁酸盐的特点。
图2:平均孔隙直径分布的纯和Pd / Ce / La掺杂镍铁2O4、钴铁2O4和中央财经2O4在300°C煅烧
AAS分析来估计浸渍微量金属显示匹配结果的预期构成0.3% w / w在±3%变化,证实了适当的样本公司的发起人。所有的样品在热重实验,给类似的模式表明,发起人不改变催化剂孔隙结构显著煅烧过程中由于热变化。然而,不同金属离子的存在表面的尖晶石样本影响表面积、孔隙度等。选择样品的表面区域显示不同浸渍和煅烧后在300°C (表- - - - - -我)。Pd浸渍样品的表面积减少,Ce浸渍样品没有表现出任何变化。洛杉矶浸渍样品显示增加的表面积。样品的平均孔隙直径也略有变化对微观孔隙大小在本例中所示图2。
纯的TPR研究铁氧体样品焙烧在300°C,给出结果图- - - - - -3(一个),图- - - - - -3 (b)和图- - - - - -3 (c);纯铁酸盐的概要文件是容易读出放大显示。金属离子存在各自的还原峰和峰值位置匹配与早期的数据(21,24]。有趣的是,所有的三个简单的铁氧体样品得到完全类似的TPR模式相比,那些准备通过硝酸路线。低温峰概要文件在每个样本不仅代表了二价金属离子的还原,还包括减少初始阶段的铁氧化物(25,26]。
图3:TPR的纯和Pd / Ce / La掺杂镍铁2O4在300°C煅烧
图3 b:TPR的纯和Pd / Ce / La掺杂钴铁2O4在300°C煅烧
图3 c:TPR的纯粹和Pd / Ce /财经2O4在300°C煅烧
一氧化碳氧化的样品了图- - - - - -4(一),图- - - - - -4 (b)和图- - - - - -4 (c)。中央财经2O4在低温下显示的最大公司转换活动而钴铁2O4和镍铁2O4。样品的性能转换遵循相同的趋势相比,类似的样品准备通过硝酸路线和验证影响内在活动的二价离子的八面体位置。然而,前者具有相对较低的转换值,可能是因为保留少量的氯离子表面的催化剂样品后彻底清洗。相对大的氯离子的存在可能阻止催化剂表面吸附CO分子的氧化。这是符合火星van Krevelen机制的操作可能对尖晶石(CO氧化16]。
图4:CO氧化纯和Pd / Ce / La掺杂镍铁2O4在300°C煅烧
图4 b:CO氧化纯和Pd / Ce / La掺杂钴铁2O4在300°C煅烧
图4 c:CO氧化纯和Pd / Ce / La掺杂财经2O4在300°C煅烧。
所有浸渍钯样品的性能有了明显的改善。尽管拉公司促进了孔隙直径的转向低孔隙大小地区造成表面积的增加,催化氧化效果不明显。二氧化铈包含样本显示几乎没有改善氧化率。减少配置文件的大部分Ce和La掺杂样品非常类似于父母铁氧体样品;有少数例外的钴铁2O4Ce浸渍。
减少Pd掺杂样品显示突然改变他们的途径。在镍铁的情况下2O4Pd浸满0.3%,第一达峰时间转移到307°C从429°C。的转变温度较低,约为120°C是相当重要的。纯钴铁2O4,第一个最高温度为554°C,而在284°C, 513°C和Pd 511°C,洛杉矶和Ce掺杂钴铁2O4分别。中央财经2O4显示第一个最高温度为229°C, Pd, La和Ce类似物最高温度点在135°C,分别为215°C和217°C。
在镍铁的情况下2O4Pd掺杂样本显示,在CO氧化转化率显著提高,而Ce和La样本显示的反应不一。平均来说,洛杉矶和Ce样本也有类似的转换趋势的un-doped镍铁2O4样品在整个范围的温度。例如,在100°C镍铁2O4只有4.5%的转换,Pd浸渍样本有32.9%转换。与此同时,Ce和浸渍镍铁2O4样品分别只有6.8%和10.2的转换。在钴铁2O4在T100系列,un-doped钴铁2O4有28.5%的转换;Ce和La分别有30.9%和10.7的转换。对于Pd-CoFe2O4样本,T100转换增加到53.0%,相关的转变的还原峰TPR概要文件。纯财经2O4有最好的转换比纯镍和公司样本和展品几乎完整的转换在180°C。在Pd掺杂,转换T100高达37.5%来自un-doped样本的17.4%。通常在所有情况下,Pd掺杂提高了低温氧化镍铁的情况2O4、钴铁2O4和中央财经2O4修改的样品这将有助于开球排气治疗应用的催化剂样品的高温。
掺杂与Pd显著增强了还原的二价金属减少磁铁矿和赤铁矿H2-TPR观察到的模式的一部分。从钯氢溢出到贱金属氧化物也有可能(12,14]。众所周知,可以轻松地降低氧化钯金属Pd H2。金属钯,作为贵金属显示本质上氢分离能力高,作为一个催化剂引发周围的其他氧化物的还原氢分子与降低活化能的区别。这相当于汽车的气固催化反应归因于氢溢出效应。H2消费值计算出的峰面积校正TCD超过所需的Pd或二价金属本身或其组合,显示也发生赤铁矿和磁铁矿减少。
建立,公司优先被吸附在钯等贵金属相比,纯粹的贱金属氧化物。公司的溢出Pd消费贱金属氧化物晶格氧增强的催化性能的潜在原因。贱金属氧化物的氧化还原性质也很重要。启动子的修改添加有利于提高其催化活性,因为贱金属氧化物的氧化还原性质有所改善,对CO氧化缓解晶格氧的供应。
Pd的TPR结果包含样本显示减少的途径,在较低温度下开始扩展到高温(18,20.]。即使CuFe2O4,最好的催化剂还原能力增强的还原性和活动引入少量的钯。这些结果支持火星van Krevelen机制,认为催化剂表面的氧化还原性质作为CO氧化反应的关键参数。CO和O2竞争得到吸附纯贱金属氧化物至少在复兴一步讨论火星van Krevelen机制。一旦CO分子吸附在表面,这完全抑制氧气的吸附反应周期填充晶格氧空位。在Pd提升表面,公司优先吸附在Pd允许氧气容易与贱金属表面,降低低温甚至提高了反应速率。因此,贵金属将铁氧体有非常重要的应用程序作为CO氧化催化剂。
铁氧体催化剂样品通过方法包括水热合成步骤,直接给了尖晶石的阶段。样本的特征和一氧化碳氧化活动进行评估。发起人Pd、Ce和拉通过孔隙填充浸渍方法,结合特征,对CO氧化和测试活动。的还原性催化剂前体的影响及其与CO氧化的关系尤其是Pd加载已被调查。选择性吸附的公司相比,氧被认为发生在Pd中心和贱金属氧化物的晶格氧引导形成有限公司2。这些贵金属催化剂表现出很强的装载不同的金属部件之间的协同作用,从而获得增强的催化性质。
